高斯应用指南0
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高斯应用指南
1：Gaussian功能介绍 Gaussian是一个功能强大的量子化学综合软件包。其可执行程 序可在不同型号的大型计算机，超级计算机，工作站和个人计算机上 运行，并相应有不同的版本。 高斯功能： 分子能量和结构 过渡态能量和结构 键和反应能量 分子轨道 多重矩 原子电荷和电势 振动频率 红外和拉曼光谱 核磁性质 极化率和超极化率 热力学性质 反应路径 计算可以对体系的基态或激发态执行。可以预测周期体系的能量，结 构和分子轨道。因此，Gaussian可以作为功能强大的工具，用于研究 许多化学领域的课题，例如取代基的影响，化学反应机理，势能曲面 和激发能等等。
图4-5. 在G98W 的作业编辑对话框内在线编辑输入文件
* 检查点文件的妙用是使用Gaussian 系列软件的一个重 要技巧，但往往为许多初学者甚至一些老用户所忽视。在 “% Section”栏（即Link 0 命令段）键入由用户命名的 检查点文件（此处为H2O-G.chk，键入时后缀chk 可省略） 能在程序运行时随时记录作业的当前信息，包括原子坐标 等。在作业结束时，程序用计算结果信息对检查点文件进 行最后一次更新。建立已命名的检查点文件有两个重要功 能： ⑴运行大分子几何优化等大作业时如意外原因（如停电、 死机等）导致作业不正常中断，其后可从最接近中断点前 最后一次记录处重新启动作业，不致前功尽弃； ⑵对正常结束的作业，主要的计算结果如优化后的分子几 何参数、电子光谱、IR 和Raman 光谱的频率和强度等都 可随时从保存的检查点文件中精确提取，并利用主窗口 “Utilities”中选项的功能转换为其它软件可读的格式， 以便进行图形显示和分析；
2.3 准备计算作业的输入文件
1．创建输入文件的目的
所有的量化程序（包括高斯）都是将所输入的分子转 化为薛定谔方程，然后求解方程得到所需要的有关分 子的性质。因此我们必须要将所研究的体系转化为高 斯的输入文件，才能调入到高斯中进行计算。输入分 子结构的合理性将直接决定着据此得到的薛定谔方程 的合理性，也就影响着所得到的解的准确性，所以创 建一个合理的输入文件是量化计算的一个重要环节。 对于金属配合物，块体材料和纳米材料来说，构建合 理的输入文件也是难点。
2.4运行作业 将所有键入内容核对无误后点击 钮，屏幕上跳出如图4-6 所示的“Enter output filename”窗口，要求用户确认或更改输出文件名：
图4-6. 在“Enter output filename”对话框中确认或更改输出文件名
程序默认的输出文件与输入文件同名（后缀改为out）。为便于查阅对照，一 般不应将其更改而直接点击“保存”钮。此时，对话框消隐，作业立即启动。 主窗口显示如图4-7 所示：
•在打开主窗口后、作业正在进行或业已结束时，这些按钮不会 同时显亮。只有作业执行的当前状态允许启动的那些功能，相应 的按钮才会显亮。 G98W提供了计算作业进行批处理的功能，可以在用户离开计 算机后自动执行事先指定的若干个作业。这一功能依赖于“批处 理文件”进行。有关细节请利用“在线帮助”中的“索引”查阅 “Batch Processing of Gaussian Job Files ”，本资料中不 另行介绍
G98W 计算作业的输入文件可通过三种途径创建：
⑴使用ASCII 文本编辑器，然后在主窗口的下拉菜单 中用命令File-Open 将编辑好的输入文件*.gjf 读入； ⑵在G98W 主窗口打开“作业编辑对话框”进行在线编 辑，直接将命令和分子特性等数据键入； ⑶利用Chem3D 软件提供的特殊功能，在界面上用 “Gaussian-C分子创建G98W 输入文件。
Output Path G98W 作业运行结果的输出文件*.out 的位置
和路径。可选择与输入文件路径相同，也可另行定义。
Input Path G98W 作业输入文件*.gjf 的位置和路径。 PDB Viewer 默认的分子图形外部浏览器，用于在作业完成
后马上在线浏览当前分子的图形。当G98W 在作业正常结 束（在主窗口出现字符串Normal termination of Gaussian 98）后，工具条上的PDB 浏览器按钮 即会 显亮。点击此按钮即可进行浏览。同时，在已指定的 Scratch 子目录内自动生成一个与输入文件同名的PDB 格式文件*.pdb。能识别和打开PDB 格式文件的Windows 应用软件有Chem3D 5.0、HyperChem 6.1 和AlChemy 2000 等。
2.5 用默认的外部浏览器显示分子结构的3D 图形 点击下拉菜单“Utilities→Exteral PDB Viewer”，如图4-9 所示：
图4-9. 利用下拉菜单“Utilities”打开默认的外部浏览器
此时，按照输出时分子的几何参数自动在\Scratch 子目录下生成一个名为 H2O-3G.pdb 的PDB格式文件（总是与输入文件同名）。同时，已指定的外部 浏览器打开并将该文件载入，显示出H2O分子的三维图形。在本例中指定的 外部浏览器是Chem3D。显示的结果如图4-10。
图4-7 作业运行时G98W 主窗口的形貌。在“Run Progress”栏显示正在运行的Link名， 窗口底栏显示程序正在执行的计算项目
作业正常结束后G98W 主窗口的形貌如图4-8 所示：
图4-8 作业正常结束后G98W 主窗口的形貌。在“Run Progress”栏显示 “Processing complete”，窗口底栏显示“Finalizing Calculation and Output”
6 个栏目的含义为： ASCII Editor 外部ASCII 文本编辑器，用于编辑输入、输 出文件、Default.Rou、g98w.ini及其它Text 格式文件。 G98W 安装时自动设定为Windows 附件中的Notepad。因 Notepad 可编辑文件的最大长度仅为64KB，而大分子计算 的输出文件长度有时达到几百KB。这时，用Notepad 无法 打开。建议改用功能强大的文本编辑器如EditPlus 2.1 （在“Computer Chemistry 2001”光盘上已提供），并设 定相应的路径。 Bin Path G98W 执行程序文件所在路径。 Scratch Path G98W 检查点文件和运行时的中间文件的位 置和路径。如本栏空白，则这些文件将在输入文件所在子 目录下生成。建议将其设定于G98W 根目录下的\Scratch 子目录。
⑶对同一分子进行新的项目或更高精度的计算（CI 或 MP）时，分子的几何参数可以直接从检查点文件中精确 读入。如果在输入文件中将“% Section”段空白，则 程序启动后将自动建立一个临时的检查点文件，但一旦 作业正常结束就马上自动将其清除，这时检查点的功能 ⑵、⑶将失效。 ** 因此，编者建议用户从一开始就养成建立和充分利 用检查点文件的习惯，但鉴于大分子作业的有名检查点 文件可能很大，为节省硬盘空间，用户应经常整理 \Scratch，将有用的检查点文件用CD-RW 或外接硬盘 备份备份，把无用的删除。
高斯输入文件的创建 和程序运行
初学时，可以调用高斯自带的练习进行计 算已达到学习高斯的目的(在example和 exercise文件夹中)。但最终我们需要构建 自己的输入文件，本章主要介绍如何构建 输入文件。
2.1启动程序 点击图标 ，屏幕上显示G98W 的主窗口，如图所示。
图. G98W 的主窗口
图4-3. 点击File 下拉菜单的Preference 选项
点击“Preference”选项后将跳出如图4-4 所示的 “Gaussian Preference”对话框，图中给出了填写 的实例。用户应根据您的计算机及软件安装的实际情 况逐条正确填写。
图4-4. G98W 工作环境初始化设置对话框
更详细的介绍以及右上角的按钮“Additional steps”的功能请 参阅“在线帮助”中的“Job Edit Window Toolbar”和“Job Step Window Toolbar”两节。
（仿照上页4.4.1 节中创建的输入文件H2O-3G.gjf 中的内容）在对话框 的各空白栏中分别键入相应的作业控制变量（关键词）、文字和数据 （段间的空白行均须省去），如图4-5 画面所示：
2.2工作环境初始化设置 G98W 安装后的首次启动时需进行工作环境初始化设置，规定主程序、检查点 文件、输入输出文件等默认子目录和路径。其内容记录在G98W 根目录下的初 始化文件g98w.ini 上。用户可以在启动G98W 前用Notepad 对该文件直接编 辑修改，也可点击“File”下拉菜单中的“Preference”选项在程序界面上 进行设定。下面介绍后一种初始化方式。在主窗口上打开下拉菜单File（图 4-3）
2.3.2 在“作业编辑对话框”内进行在线编辑 在G98W 下拉菜单中点击“File-New”，屏幕上跳出如图4-5 所示的 输入文件编辑对话框。框内 工具条上各按钮的功能为
返回主窗口并启动作业 返回主窗口 将对话框当前编辑内容作为输入文件存入硬盘 放弃当前编辑内容并返回主窗口 终止当前正在进行的作业 运行作业通道校核工具（Check Route utility） 载入一个输入文件替代当前的文件
•工具条上各按钮的功能为：
开始作业 暂停当前进行的作业 在当前作业正在执行的Link 完成后暂时停止 恢复执行当前作业 终止当前正在进行的作业 编辑当前的批处理文件（或建立新文件） 在当前作业完成后终止当前的批处理 终止当前作业和批处理任务 打开g94w.ini 指定的外部编辑器（external editor） 用g94w.ini 指定的外部编辑器浏览或编辑当前作业的输出文件
下面以H2O 分子在（从头算）RHF/STO-3G 水平上的单点能量计算 为例说明各输入段的内容与格式。用Notepad 编辑的作业输入文件 H2O-3G.gjf 的内容为 %Chk=H2O-3G 检查点文件名为H2O-3G.chk # RHF/STO-3G 指定理论模型（计算方法）和基组 Water Energy 作业的题目 0 1 闭壳层中性分子，自旋多重度为1 O 0. 0. 0. H 0.784 -0.554 0. 原子笛卡儿坐标的x、y、z 分量 H -0.784 -0.554 0. 可在元素符号后加上原子的序列编号，也可用原子序数（核电荷数） 代替元素符号。下面两种形式的原子标注在G98W 亦适用： %Chk=H2O-3G %Chk=H2O-3G # RHF/STO-3G # RHF/STO-3G Water Energy Water Energy 0 1 0 1 O1 0. 0. 0. 16 0. 0. 0. H2 0.784 -0.554 0. H1 0.784 -0.554 0. H3 -0.784 -0.554 0. H1 -0.784 -0.554 0.
2.3.1 使用ASCII文本编辑器 Gaussian作业的输入文件名的后缀为*.gjf。它由6段构成： Link 0命令段 检查点文件（Check point file）及其它临 时文件的名称及位置。可包含多个输入行，每行的行首均用% 号开始。段后不加空白行。 作业控制段 规定使用的计算方法、基组以及所需的计算 项目。可包含多个输入行，每行的行首均用#号开始。段后需 加一空白行。 题目段 作业计算内容与目的的简要描述，以便于输 出文件的阅读。可包含多个输入行，段后需加一空白行。 电荷与自旋行 给定分子所带的净电荷数（正负整数）及自 旋多重度（正整数）。限一行，行后不加空白行。 分子说明段 给定分子中各原子的坐标。笛卡儿坐标或分 子内坐标均可使用，程序能自动识别。可包含多个输入行， 段后需加一空白行。 可选的附加段 根据某些作业的特殊需要而输入。段后一般 也应加一空白行。
1：Gaussian功能介绍 Gaussian是一个功能强大的量子化学综合软件包。其可执行程 序可在不同型号的大型计算机，超级计算机，工作站和个人计算机上 运行，并相应有不同的版本。 高斯功能： 分子能量和结构 过渡态能量和结构 键和反应能量 分子轨道 多重矩 原子电荷和电势 振动频率 红外和拉曼光谱 核磁性质 极化率和超极化率 热力学性质 反应路径 计算可以对体系的基态或激发态执行。可以预测周期体系的能量，结 构和分子轨道。因此，Gaussian可以作为功能强大的工具，用于研究 许多化学领域的课题，例如取代基的影响，化学反应机理，势能曲面 和激发能等等。
图4-5. 在G98W 的作业编辑对话框内在线编辑输入文件
* 检查点文件的妙用是使用Gaussian 系列软件的一个重 要技巧，但往往为许多初学者甚至一些老用户所忽视。在 “% Section”栏（即Link 0 命令段）键入由用户命名的 检查点文件（此处为H2O-G.chk，键入时后缀chk 可省略） 能在程序运行时随时记录作业的当前信息，包括原子坐标 等。在作业结束时，程序用计算结果信息对检查点文件进 行最后一次更新。建立已命名的检查点文件有两个重要功 能： ⑴运行大分子几何优化等大作业时如意外原因（如停电、 死机等）导致作业不正常中断，其后可从最接近中断点前 最后一次记录处重新启动作业，不致前功尽弃； ⑵对正常结束的作业，主要的计算结果如优化后的分子几 何参数、电子光谱、IR 和Raman 光谱的频率和强度等都 可随时从保存的检查点文件中精确提取，并利用主窗口 “Utilities”中选项的功能转换为其它软件可读的格式， 以便进行图形显示和分析；
2.3 准备计算作业的输入文件
1．创建输入文件的目的
所有的量化程序（包括高斯）都是将所输入的分子转 化为薛定谔方程，然后求解方程得到所需要的有关分 子的性质。因此我们必须要将所研究的体系转化为高 斯的输入文件，才能调入到高斯中进行计算。输入分 子结构的合理性将直接决定着据此得到的薛定谔方程 的合理性，也就影响着所得到的解的准确性，所以创 建一个合理的输入文件是量化计算的一个重要环节。 对于金属配合物，块体材料和纳米材料来说，构建合 理的输入文件也是难点。
2.4运行作业 将所有键入内容核对无误后点击 钮，屏幕上跳出如图4-6 所示的“Enter output filename”窗口，要求用户确认或更改输出文件名：
图4-6. 在“Enter output filename”对话框中确认或更改输出文件名
程序默认的输出文件与输入文件同名（后缀改为out）。为便于查阅对照，一 般不应将其更改而直接点击“保存”钮。此时，对话框消隐，作业立即启动。 主窗口显示如图4-7 所示：
•在打开主窗口后、作业正在进行或业已结束时，这些按钮不会 同时显亮。只有作业执行的当前状态允许启动的那些功能，相应 的按钮才会显亮。 G98W提供了计算作业进行批处理的功能，可以在用户离开计 算机后自动执行事先指定的若干个作业。这一功能依赖于“批处 理文件”进行。有关细节请利用“在线帮助”中的“索引”查阅 “Batch Processing of Gaussian Job Files ”，本资料中不 另行介绍
G98W 计算作业的输入文件可通过三种途径创建：
⑴使用ASCII 文本编辑器，然后在主窗口的下拉菜单 中用命令File-Open 将编辑好的输入文件*.gjf 读入； ⑵在G98W 主窗口打开“作业编辑对话框”进行在线编 辑，直接将命令和分子特性等数据键入； ⑶利用Chem3D 软件提供的特殊功能，在界面上用 “Gaussian-C分子创建G98W 输入文件。
Output Path G98W 作业运行结果的输出文件*.out 的位置
和路径。可选择与输入文件路径相同，也可另行定义。
Input Path G98W 作业输入文件*.gjf 的位置和路径。 PDB Viewer 默认的分子图形外部浏览器，用于在作业完成
后马上在线浏览当前分子的图形。当G98W 在作业正常结 束（在主窗口出现字符串Normal termination of Gaussian 98）后，工具条上的PDB 浏览器按钮 即会 显亮。点击此按钮即可进行浏览。同时，在已指定的 Scratch 子目录内自动生成一个与输入文件同名的PDB 格式文件*.pdb。能识别和打开PDB 格式文件的Windows 应用软件有Chem3D 5.0、HyperChem 6.1 和AlChemy 2000 等。
2.5 用默认的外部浏览器显示分子结构的3D 图形 点击下拉菜单“Utilities→Exteral PDB Viewer”，如图4-9 所示：
图4-9. 利用下拉菜单“Utilities”打开默认的外部浏览器
此时，按照输出时分子的几何参数自动在\Scratch 子目录下生成一个名为 H2O-3G.pdb 的PDB格式文件（总是与输入文件同名）。同时，已指定的外部 浏览器打开并将该文件载入，显示出H2O分子的三维图形。在本例中指定的 外部浏览器是Chem3D。显示的结果如图4-10。
图4-7 作业运行时G98W 主窗口的形貌。在“Run Progress”栏显示正在运行的Link名， 窗口底栏显示程序正在执行的计算项目
作业正常结束后G98W 主窗口的形貌如图4-8 所示：
图4-8 作业正常结束后G98W 主窗口的形貌。在“Run Progress”栏显示 “Processing complete”，窗口底栏显示“Finalizing Calculation and Output”
6 个栏目的含义为： ASCII Editor 外部ASCII 文本编辑器，用于编辑输入、输 出文件、Default.Rou、g98w.ini及其它Text 格式文件。 G98W 安装时自动设定为Windows 附件中的Notepad。因 Notepad 可编辑文件的最大长度仅为64KB，而大分子计算 的输出文件长度有时达到几百KB。这时，用Notepad 无法 打开。建议改用功能强大的文本编辑器如EditPlus 2.1 （在“Computer Chemistry 2001”光盘上已提供），并设 定相应的路径。 Bin Path G98W 执行程序文件所在路径。 Scratch Path G98W 检查点文件和运行时的中间文件的位 置和路径。如本栏空白，则这些文件将在输入文件所在子 目录下生成。建议将其设定于G98W 根目录下的\Scratch 子目录。
⑶对同一分子进行新的项目或更高精度的计算（CI 或 MP）时，分子的几何参数可以直接从检查点文件中精确 读入。如果在输入文件中将“% Section”段空白，则 程序启动后将自动建立一个临时的检查点文件，但一旦 作业正常结束就马上自动将其清除，这时检查点的功能 ⑵、⑶将失效。 ** 因此，编者建议用户从一开始就养成建立和充分利 用检查点文件的习惯，但鉴于大分子作业的有名检查点 文件可能很大，为节省硬盘空间，用户应经常整理 \Scratch，将有用的检查点文件用CD-RW 或外接硬盘 备份备份，把无用的删除。
高斯输入文件的创建 和程序运行
初学时，可以调用高斯自带的练习进行计 算已达到学习高斯的目的(在example和 exercise文件夹中)。但最终我们需要构建 自己的输入文件，本章主要介绍如何构建 输入文件。
2.1启动程序 点击图标 ，屏幕上显示G98W 的主窗口，如图所示。
图. G98W 的主窗口
图4-3. 点击File 下拉菜单的Preference 选项
点击“Preference”选项后将跳出如图4-4 所示的 “Gaussian Preference”对话框，图中给出了填写 的实例。用户应根据您的计算机及软件安装的实际情 况逐条正确填写。
图4-4. G98W 工作环境初始化设置对话框
更详细的介绍以及右上角的按钮“Additional steps”的功能请 参阅“在线帮助”中的“Job Edit Window Toolbar”和“Job Step Window Toolbar”两节。
（仿照上页4.4.1 节中创建的输入文件H2O-3G.gjf 中的内容）在对话框 的各空白栏中分别键入相应的作业控制变量（关键词）、文字和数据 （段间的空白行均须省去），如图4-5 画面所示：
2.2工作环境初始化设置 G98W 安装后的首次启动时需进行工作环境初始化设置，规定主程序、检查点 文件、输入输出文件等默认子目录和路径。其内容记录在G98W 根目录下的初 始化文件g98w.ini 上。用户可以在启动G98W 前用Notepad 对该文件直接编 辑修改，也可点击“File”下拉菜单中的“Preference”选项在程序界面上 进行设定。下面介绍后一种初始化方式。在主窗口上打开下拉菜单File（图 4-3）
2.3.2 在“作业编辑对话框”内进行在线编辑 在G98W 下拉菜单中点击“File-New”，屏幕上跳出如图4-5 所示的 输入文件编辑对话框。框内 工具条上各按钮的功能为
返回主窗口并启动作业 返回主窗口 将对话框当前编辑内容作为输入文件存入硬盘 放弃当前编辑内容并返回主窗口 终止当前正在进行的作业 运行作业通道校核工具（Check Route utility） 载入一个输入文件替代当前的文件
•工具条上各按钮的功能为：
开始作业 暂停当前进行的作业 在当前作业正在执行的Link 完成后暂时停止 恢复执行当前作业 终止当前正在进行的作业 编辑当前的批处理文件（或建立新文件） 在当前作业完成后终止当前的批处理 终止当前作业和批处理任务 打开g94w.ini 指定的外部编辑器（external editor） 用g94w.ini 指定的外部编辑器浏览或编辑当前作业的输出文件
下面以H2O 分子在（从头算）RHF/STO-3G 水平上的单点能量计算 为例说明各输入段的内容与格式。用Notepad 编辑的作业输入文件 H2O-3G.gjf 的内容为 %Chk=H2O-3G 检查点文件名为H2O-3G.chk # RHF/STO-3G 指定理论模型（计算方法）和基组 Water Energy 作业的题目 0 1 闭壳层中性分子，自旋多重度为1 O 0. 0. 0. H 0.784 -0.554 0. 原子笛卡儿坐标的x、y、z 分量 H -0.784 -0.554 0. 可在元素符号后加上原子的序列编号，也可用原子序数（核电荷数） 代替元素符号。下面两种形式的原子标注在G98W 亦适用： %Chk=H2O-3G %Chk=H2O-3G # RHF/STO-3G # RHF/STO-3G Water Energy Water Energy 0 1 0 1 O1 0. 0. 0. 16 0. 0. 0. H2 0.784 -0.554 0. H1 0.784 -0.554 0. H3 -0.784 -0.554 0. H1 -0.784 -0.554 0.
2.3.1 使用ASCII文本编辑器 Gaussian作业的输入文件名的后缀为*.gjf。它由6段构成： Link 0命令段 检查点文件（Check point file）及其它临 时文件的名称及位置。可包含多个输入行，每行的行首均用% 号开始。段后不加空白行。 作业控制段 规定使用的计算方法、基组以及所需的计算 项目。可包含多个输入行，每行的行首均用#号开始。段后需 加一空白行。 题目段 作业计算内容与目的的简要描述，以便于输 出文件的阅读。可包含多个输入行，段后需加一空白行。 电荷与自旋行 给定分子所带的净电荷数（正负整数）及自 旋多重度（正整数）。限一行，行后不加空白行。 分子说明段 给定分子中各原子的坐标。笛卡儿坐标或分 子内坐标均可使用，程序能自动识别。可包含多个输入行， 段后需加一空白行。 可选的附加段 根据某些作业的特殊需要而输入。段后一般 也应加一空白行。